Учёные привели объект в квантовое состояние при комнатной температуре

Исследователи из Венского университета (TU Wien) в сотрудничестве с сотрудниками Цюрихской высшей технической школы (ETH Zurich) вызвали квантовые состояния в стеклянных сферах размером меньше песчинки, не прибегая к сверхнизким температурам.

Это рекордное достижение расширило границы квантовой физики, упростив изучение квантовых свойств так, как раньше считалось невозможным. По мере развития квантовой физики исследователи стремятся узнать пределы её возможностей. До сих пор исследования были сосредоточены на понимании таких свойств, как запутанность или суперпозиция на субатомном уровне.

Однако исследователи из ETH Zurich и TU Wein задались вопросом, проявляют ли квантовые свойства объекты, большие по размеру, чем атомы и молекулы.

В повседневном мире мы воспринимаем колебания как заметные движения. Например, маятник часов может колебаться под разными углами и с разной скоростью. Но когда мы переходим на микроскопический уровень, колебания принимают другую форму. Микроскопические частицы колеблются постоянно.

«Эти колебания зависят от энергии и от того, как на частицу влияет окружающая среда и температура», — объясняет Карлос Гонсалес-Баллестеро из Института теоретической физики ТУ Вены, который руководил работой.

Однако в квантовом мире всё иначе: если рассматривать колебания с очень низкой энергией, то можно обнаружить, что существуют очень специфические «кванты колебаний».

Минимальная амплитуда колебаний известна как основное состояние, а возбуждённые состояния возникают последовательно с увеличением уровня колебаний и энергии. Хотя промежуточных состояний не существует, частица может существовать в комбинации различных вибрационных состояний.

Чтобы определить квантовые состояния частицы, учёным необходимо изолировать её от возмущений, возникающих в окружающей среде. Именно поэтому квантовые эксперименты проводятся при крайне низких температурах, близких к абсолютному нулю.

Исследовательская группа разработала методику, позволяющую перевести наночастицу в квантовое состояние, даже если она не находилась в ультрахолодном состоянии. Наночастица, использованная в экспериментах, была не идеально круглой, а слегка эллиптической.

«Когда вы держите такую частицу в электромагнитном поле, она начинает вращаться вокруг равновесной ориентации, подобно игле компаса», — добавил Гонсалес-Баллестеро в пресс-релизе.

Астрофизик предложил вариант межзвёздной миссии к чёрной дыре

В статье, опубликованной в журнале Cell Press iScience, Бамби описывает план, как превратить межзвёздное путешествие к чёрной дыре в реальность. В случае успеха эта столетняя миссия может вернуть данные о близлежащих чёрных дырах, которые полностью изменят наше понимание общей теории относительности и правил физики.

Автор описывает космический корабль не тяжелее скрепки, который приводится в движение лазерным лучом и мчится сквозь пространство со скоростью, сравнимой со световой, к чёрной дыре, чтобы исследовать саму ткань пространства и времени и проверить законы физики. «Сейчас у нас нет такой технологии», — говорит автор исследования Козимо Бамби из Фуданьского университета в Китае. «Но через 20 или 30 лет мы сможем это сделать».

Миссия зависит от двух ключевых задач — найти чёрную дыру достаточно близко к цели и разработать зонды, способные выдержать путешествие.

Предыдущие знания о том, как эволюционируют звёзды, позволяют предположить, что чёрная дыра может скрываться всего в 20-25 световых годах от Земли, но найти её будет нелегко, говорит Бэмби. Поскольку чёрные дыры не излучают и не отражают свет, они практически невидимы для телескопов. Вместо этого учёные обнаруживают и изучают их по тому, как они влияют на близлежащие звёзды или искажают свет.

«Появились новые методы обнаружения чёрных дыр», — говорит Бэмби. «Я думаю, вполне разумно ожидать, что мы сможем найти ближайшую чёрную дыру в течение следующего десятилетия».

После того как цель определена, возникает следующее препятствие — добраться до неё. Традиционные космические корабли, работающие на химическом топливе, слишком громоздки и медлительны, чтобы совершить такое путешествие. В качестве возможного решения Бэмби указывает на нанокрафты — граммовые зонды, состоящие из микрочипа и лёгкого паруса. Лазеры, расположенные на Земле, будут облучать парус фотонами, разгоняя его до трети скорости света.

При такой скорости аппарат сможет добраться до чёрной дыры, находящейся на расстоянии 20-25 световых лет, примерно за 70 лет. Собранные данные вернутся на Землю ещё через два десятилетия, а общая продолжительность миссии составит около 80-100 лет.

Когда аппарат приблизится к чёрной дыре, исследователи смогут провести эксперименты, чтобы ответить на некоторые из самых актуальных вопросов физики. Действительно ли у чёрной дыры есть горизонт событий — граница, за которой даже свет не может избежать её гравитационного притяжения? Меняются ли правила физики вблизи чёрной дыры? Сохраняется ли общая теория относительности Эйнштейна в самых экстремальных условиях Вселенной?

Учёные обнаружили вирусную причину одного из самых распространённых в мире раковых заболеваний

Распространённый тип вируса папилломы человека (ВПЧ) может быть опаснее, чем мы думали. Считалось, что этот вирус, известный как бета-ВПЧ, в редких случаях способствует развитию рака кожи, усугубляя повреждения от ультрафиолета, но новое исследование показывает, что он может влиять на клетки организма, и напрямую стимулировать рост рака.

Эти новые выводы были сделаны на основе исследования 34-летней женщины, которая обратилась за медицинской помощью по поводу кожной плоскоклеточной карциномы на лбу. Опухоль постоянно росла, даже после иммунотерапии и операций.

Более тщательный генетический анализ выявил нечто удивительное: бета-ВПЧ интегрировался в ДНК опухоли женщины, где он вырабатывал вирусные белки, которые помогали раку развиваться. До сих пор не было обнаружено, чтобы бета-ВПЧ интегрировался в клеточную ДНК, не говоря уже о том, чтобы активно поддерживать рак.

«Это говорит о том, что среди людей с агрессивными формами рака может быть больше тех, у кого в основе лежит иммунный дефект и кто может получить пользу от лечения, направленного на иммунную систему», — говорит иммунолог Андреа Лиско из Национального института аллергии и инфекционных заболеваний США (NIAID).

У женщины, ставшей объектом этого исследования, было наследственное иммунное расстройство, которое не позволяло её Т-клеткам атаковать ВПЧ.

Хотя анализы показали, что иммунная система женщины всё ещё может восстанавливать повреждения ДНК, вызванные ультрафиолетовым излучением — типичной причиной карциномы, — нарушение работы её Т-клеток означало, что бета-ВПЧ мог вторгнуться в клетки кожи и спровоцировать образование рака.

Женщина с ослабленным иммунитетом также проходила лечение от других заболеваний, связанных с ВПЧ, включая бородавки на коже и во рту.

Когда причина её заболевания была обнаружена, пациентке была проведена трансплантация стволовых клеток костного мозга, чтобы заменить её дисфункциональные Т-клетки здоровыми. Это позволило избавиться от агрессивного рака кожи и других заболеваний, вызванных ВПЧ, и ни одно из них не вернулось в течение трёхлетнего периода наблюдения.

Новый шумозащитный экран блокирует больше шума, не перекрывая воздух

Команда под руководством профессора Синь Чжана (ME, ECE, BME, MSE) опубликовала в журнале Scientific Reports новую работу под названием «Фазовый градиент сверхоткрытых метаматериалов для широкополосного акустического глушения».

Статья знаменует собой крупное достижение в их долгосрочном проекте Acoustic Metamaterial Silencer.

Лаборатория Чжана известна в области метаматериалов и микросистем благодаря постоянному совершенствованию реальных приложений. Ещё в 2019 году в лаборатории было начато исследование глушителя из акустического метаматериала — «звукового щита», — целью которого было «значительное блокирование звука при сохранении воздушного потока на основе эффекта резонанса Фано», по словам сотрудников лаборатории. В то время его применение было направлено на вентиляторы, пропеллеры и системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также на снижение узкополосного шума при сохранении воздушного потока.

С тех пор лаборатория Чжана расширила свою работу, чтобы изучить более широкий спектр стратегий акустического глушения, включая многополосные, широкополосные и настраиваемые подходы, что делает технологию жизнеспособной в новых средах, таких как заводы, офисы и общественные места, где часто встречаются различные и непредсказуемые звуковые частоты, а воздушный поток остаётся важным.

Их последнее достижение касается широкополосного глушения. Прорыв стал возможен благодаря использованию фазово-градиентных метаматериалов, что привело к появлению фазово-градиентного сверхоткрытого метаматериала (PGUOM).

«PGUOM — это более интеллектуальный подход, напоминающий наушники с функцией шумоподавления, эффективно заглушающий широкополосные нежелательные звуки», — говорит Чжан.

«Он остаётся высокоэффективным даже при изменении высоты или громкости шума, что делает его гораздо более практичным в динамичных условиях, таких как открытые офисы, вентиляционные системы или транспортные узлы, где источники звука непредсказуемы и охватывают широкий диапазон частот».

Учёные обнаружили скрытый метод, которым кишечник разговаривает с мозгом

Исследователи обнаружили так называемое «нейробиотическое чувство» — недавно выявленную систему, позволяющую мозгу в режиме реального времени реагировать на сигналы микробов, обитающих в нашем кишечнике.

Новое исследование, проведённое под руководством нейробиологов Диего Бохоркеса, доктора философии, и М. Майи Каэльберер, доктора философии, и опубликованное в журнале Nature, посвящено нейроподам — крошечным сенсорным клеткам, выстилающим эпителий толстой кишки. Эти клетки обнаруживают обычный микробный белок и быстро посылают в мозг сообщения, которые помогают обуздать аппетит.

Но это только начало. Команда считает, что это нейробиотическое чувство может стать более широкой платформой для понимания того, как кишечник обнаруживает микробы, влияя на всё — от привычек питания до настроения — и даже как мозг может формировать микробиом в ответ.

«Нам было интересно, может ли организм чувствовать микробные паттерны в реальном времени, и не только как иммунную или воспалительную реакцию, но и как нейронную реакцию, которая управляет поведением в реальном времени», — говорит Бохоркес, профессор медицины и нейробиологии в Медицинской школе Университета Дьюка и старший автор исследования.

Ключевой игрок — флагеллин, древний белок, содержащийся в бактериальных жгутиках — хвостоподобных структурах, с помощью которых бактерии плавают. Когда мы едим, некоторые кишечные бактерии выделяют флагеллин. Нейроподы обнаруживают его с помощью рецептора под названием TLR5 и передают сообщение по блуждающему нерву — основной линии связи между кишечником и мозгом.

Команда, поддерживаемая Национальным институтом здоровья, предложила смелую идею: бактериальный флагеллин в толстой кишке может запускать нейроподы, посылающие в мозг сигнал, подавляющий аппетит, — а это прямое микробное влияние на поведение.

Исследователи проверили эту идею, не давая мышам еды ночью, а затем введя им небольшую дозу флагеллина прямо в толстую кишку. Эти мыши ели меньше других.

Когда исследователи попробовали провести тот же эксперимент с мышами, лишёнными рецептора TLR5, ничего не изменилось. Мыши продолжали есть и набирали вес, что говорит о том, что этот путь помогает регулировать аппетит. Полученные данные свидетельствуют о том, что флагеллин посылает сигнал «хватит» через TLR5, позволяя кишечнику сообщить мозгу, что пора прекращать есть. Без этого рецептора сигнал не проходит.

Исследователи разработали визуальный микрофон, который использует свет, а не воздух для обнаружения звука

Исследователи из Пекинского технологического института разработали микрофон, который не улавливает колебания воздуха, как традиционные модели. Вместо этого он улавливает свет, отражённый от едва заметных движений поверхности. Это новое устройство — так называемый «визуальный микрофон» — опирается на то, как поверхности реагируют на звуковые волны, и использует эти крошечные колебания для восстановления звуковой информации.

Это открывает возможности для прослушивания в условиях, где обычные микрофоны не справляются с задачей — например, для общения через стеклянное окно или мониторинга звука в изолированных помещениях — без необходимости прямой передачи звука.

«Наш метод упрощает и удешевляет использование света для улавливания звука, а также позволяет применять его в сценариях, где традиционные микрофоны неэффективны, например, при общении через стеклянное окно», — объясняет Сю-Ри Яо, ведущий исследователь проекта. «Пока есть возможность пропускать свет, передача звука не требуется».

Предыдущие попытки уловить звук с помощью света опирались на сложное и дорогое оборудование, такое как лазеры или высокоскоростные камеры. Пекинская команда использовала другой подход. Их система использует технику, называемую однопиксельной визуализацией, которая устраняет необходимость в датчике камеры с миллионами пикселей. Вместо этого используется один детектор света и структурированные световые картины, проецируемые пространственным модулятором света.

В сущности, техника работает, проецируя управляемый свет на объект и улавливая мельчайшие изменения в отражённой яркости, когда объект вибрирует в ответ на близкие звуки. Эти крошечные изменения интенсивности обнаруживаются и с помощью вычислительных алгоритмов преобразуются обратно в звуковой сигнал. Такой подход не только снижает стоимость и сложность, но и делает технологию более доступной.

«Сочетание однопиксельной визуализации с методами локализации на основе Фурье позволило нам добиться высокого качества обнаружения звуков с помощью более простого оборудования и по более низкой цене», — говорит Яо. «Наша система позволяет обнаруживать звук с помощью повседневных предметов, таких как бумажные карточки и листья, в условиях естественного освещения и не требует, чтобы вибрирующая поверхность отражала свет определённым образом».